以路基顶面设计回弹模量为目标的路基刚度补偿施工方法

摘要

本发明公开了一种以路基顶面设计回弹模量为目标的路基刚度补偿施工方法，包括测定下路堤顶面回弹模量E0；计算路基顶面设计回弹模量Ed与E0之差En；根据设计的路基填筑层数，按从下路堤至路基顶面依次升高的原则确定每一填筑层的刚度补偿初拟回弹模量Ei，根据填筑层的厚度及相应填筑层Ei，通过刚度补偿设计诺模图确定相应填筑层中填筑材料的回弹模量进行填筑。本发明克服了以往路基设计凭经验、施工质量难控制、需大量铺筑试验路进行方案验证的问题，根据路基设计验收要求和现场填料供应情况，迅速制定准确合理的路基填筑方案，大幅度降低填筑成本，减少资源浪费，降低工程造价，提高材料利用率，践行可持续发展环保理念；同时可以有效提升路基整体刚度，提高路基现场施工效率，为路基的长期使用提供保障。

说明书

技术领域

本发明涉及一种路基刚度补偿施工方法，具体为一种以路基顶面设计回弹模量为目标的路基刚度补偿施工方法，属于路基工程技术领域。

背景技术

路基稳定性对于保持路基路面整体结构稳定有重要影响，其填筑方案在公路工程建设中具有重要意义。根据《公路路基设计规范》(JTG D30)和《公路沥青路面设计规范》(JTG D50)，公路路基以路基顶面综合回弹模量和路基顶面回弹弯沉作为设计验收指标。在现场施工中，常常会出现路基模量较小，顶面弯沉较大的问题，这会使路面出现沉陷，裂缝等病害，缩短其使用寿命。目前，主要采用工程经验法进行路基填筑方案设计，来提高路基模量，减小顶面弯沉。工程经验法是指参考以往路基的设计经验制定多种填筑方案，据此铺筑相应的试验路并进行相关试验检测，比较各试验路段的填筑效果，最终确定路基填筑方案。但由于缺乏理论的支持，用工程经验法进行设计时，为论证设计方案的有效性，往往只能经验性地大量铺设试验路，不仅耗时费力，造成大量资源和经济的浪费，还容易使路基顶面模量或弯沉过大或过小，无法有效控制路基施工质量，很难达到预期效果。为此，有必要研究一种以路基顶面设计回弹模量为目标的路基刚度补偿施工方法，通过理论计算来确定填料，指导路基填筑方案的制定，精确控制施工质量，达到路基设计验收要求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种以路基顶面设计回弹模量为目标的路基刚度补偿施工方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种以路基顶面设计回弹模量为目标的路基刚度补偿施工方法，包括

第一步：测定拟填筑路基的下路堤顶面的回弹模量E

第二步：计算路基顶面设计回弹模量E

第三步：根据设计的路基填筑层数，初步确定每一填筑层的刚度补偿回弹模量E

(1)按设计的路基填筑层数i(i＝1-5，取整数)均分E

(2)每一层路基填筑层顶面的初拟刚度补偿回弹模量E

下路提顶面回弹模量为E

第四步：根据设计的每一层路基填筑层的厚度及相应填筑层顶面的初拟回弹模量，按刚度补偿设计诺模图确定相应填筑层中填筑材料的回弹模量，据此选择相应的填筑材料对相应填筑层进行填筑。

第一步中，下路堤填料最小承载比CBR满足《公路路基设计规范》(JTG D30)要求，保证路基承载力。

第一步中，采用《公路路基设计规范》(JTG D30)或《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450)指定的方法，测定下路堤顶面的回弹模量E

第一步中，采用承载板测试土基回弹模量方法或贝克曼梁测试路基路面回弹模量方法，实测下路堤顶面回弹模量E

第三步中，设计的路基填筑层数i取值为1、2、3，依次对应上路堤、下路床和上路床。

第三步中，设计的路基填筑层总厚度在1.5-1.9米，其中：上路堤0.7米、下路床0.5-0.9米、上路床0.1-0.3米。

第四步中，先按刚度补偿设计诺模图确定填筑材料回弹模量，据此选择施工现场回弹模量满足要求的填筑材料或对施工现场回弹模量不满足要求的填筑材料进行改性，满足对填筑材料回弹模量的要求；按刚度补偿设计诺模图确定的填筑材料回弹模量要求大于等于相应填筑层顶面的初拟回弹模量。

第四步中，填筑材料改性是指对填筑材料进行掺杂，掺杂料选自石灰、砂砾、水泥中的至少一种；掺杂后通过室内试验测量改性填料的材料模量，从中选择合适的刚度补偿材料。

各填筑层顶面的初拟回弹模量之和大于或等于路基顶面设计回弹模量E

本发明的有益效果是：本发明以路基顶面设计回弹模量为目标的路基刚度补偿施工方法，通过现场测定了下路堤顶面回弹模量E

附图说明

图1为本发明路基刚度补偿结构示意图；

图2为本发明刚度补偿层设计示意诺模图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

以海南万宁至洋浦高速公路高液限土路基填筑方案设计工程为实例

万洋高速公路共查明高液限土约247万方，其中第五合同段约10万方、第六合同段约36万方、第九合同段约122万方、第十合同段约36万方和第十一合同段约43万方。高液限土具有细颗粒含量高、亲水性强、天然含水率高、水稳定性差等不良工程性质，加之海南具有降雨频繁、湿度大的气候特征，利用高液限土直接填筑路基时，路基模量较小，顶面弯沉较大。若全部采用弃土换填，将大量占地，并造成严重的水土流失和生态环境破坏。如何在海南多雨气候条件下科学充分地进行高液限土路基填筑施工方案设计，提升路基整体模量，减小顶面弯沉，保证施工质量和进度，节约资源、保护环境，是万洋高速建设中迫切需要解决的一大工程技术难题。

在万洋高速公路路基设计施工时，采用《公路路基设计规范》(JTG D30)或《公路路基路面现场测试规程》(JTG3450)指定的测试方法，实测下路堤顶面的回弹模量E

采用高液限黏土填筑下路堤，其最小承载比CBR大于3，满足路基承载力要求。根据《公路路基设计规范》(JTG D30)或《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450)指定的方法的测试方法，测定高液限土路基下路堤回弹模量E

根据设计要求，路基顶面综合回弹模量设计要求值为80MPa，路基顶面设计回弹模量E

下路堤顶面回弹模量E

万洋高速公路现场填料主要有高液限黏土和低液限黏土，其模量较低，不能满足各填筑层对材料模量的要求，为提高现场填料高液限黏土和低液限黏土模量，满足刚度补偿材料要求，对高液限黏土砂砾改良，低液限黏土水泥改良，通过室内动三轴试验确定了现场供应填料及改良填料的材料模量，如表1所示。

表1万洋高速现场供应填料材料模量

根据各填筑层填料的回弹模量和现场填料及改良填料的供应情况，选择20％砂砾改良高液限黏土(最小承载比CBR大于4，满足路基承载力要求)作为上路堤填料，其材料模量为50MPa，满足要求。分别选择30％砂砾改良高液限黏土(最小承载比CBR大于5，满足路基承载力要求)和4％水泥改良低液限黏土(最小承载比CBR大于8，满足路基承载力要求)作为下路床和上路床填料，其材料模量分别为75MPa、140MPa，均满足要求。因此，确定高液限土路基填筑施工方案为：

表2路基填筑方案

用本发明一种以路基顶面设计回弹模量为目标的路基刚度补偿施工方法确定的万洋高速高液限土路基填筑施工方案进行施工，填筑后对填筑路基进行测量结果显示，路基下路堤上各填筑层顶面实测回弹模量为：上路堤42MPa、下路床66MPa、上路床89MPa，均大于设计目标值40MPa、60MPa、80MPa，满足要求，该方案满足设计验收要求。

采用本发明技术方案制定的填筑方案，施工周期为：以200米长的路基施工为例，测定下路堤顶面回弹模量1天；室内试验确定现场供应填料或改性后的材料模量7天；根据下路堤和路基顶面的回弹模量拟定各填筑层顶面回弹模量，并根据各填筑层填筑厚度和顶面初拟回弹模量计算各层填筑材料回弹模量，据此选择合适的填料，制定路基填筑方案1天；按照路基填筑方案现场施工，并实测各填筑层顶面回弹模量10天；施工周期共19天。

对比例1

利用工程经验法设计海南万宁至洋浦高速公路高液限土路基填筑方案

参考以往高液限土路基设计经验和海南当地条件，选择各填筑层填料，初步制定四种路基填筑方案。

表3路基填筑方案

根据四种方案，分别铺筑四段长200米的试验路，再通过现场试验测定四段试验路的路基顶面回弹模量，比较试验结果，最终确定路基填筑方案。

各试验路段顶面回弹模量实测结果为：方案一62MPa；方案二76MPa；方案三103MPa；方案四117MPa。而路基顶面综合回弹模量设计要求值为80MPa，比较四种方案，方案一与方案二均不满足设计要求，方案四虽满足设计要求，但工程造价较高，最终确定方案三为路基填筑方案。

采用工程经验法制定填筑方案，施工周期为：制定四种路基填筑方案1天；根据四种方案铺筑四段200米的试验路，36天(或采用4组施工人员同时填筑，每组施工周期为9天)；通过现场试验测定各试验路顶面回弹模量1天；施工周期38天。

通过比较实施例与对比例，可以发现：相比现有技术，采用本发明技术方案可以精确制定路基填筑方案，能够有效缩短施工周期，控制施工质量，减少试验路的铺筑，大幅度降低填筑成本，避免路基顶面综合回弹模量过大或过小，节约资源，提高材料的利用率，降低工程造价，保障路基的长期使用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。